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精密机械设计基础课程设计设计题目:弹簧管压力表的设计指导老师:闫勇刚设计人员:班级:学号:1目录⒈设计任务┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3⒉方案论证┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4⒉1.结构分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4⒉2.原理分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8⒉3.方案设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8⒊参数选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄93.1.弹簧管参数┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄93.2.曲柄滑块机构参数┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄103.3.齿轮参数┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄113.4.游丝参数┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄113.5.分度盘与指针参数┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12⒋参数设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄124.1.弹簧管参数确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄124.2.曲柄滑块机构参数确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄164.3.压力表原理误差分析┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄184.4.齿轮尺寸确定┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄194.5.游丝应力校核及尺寸确定┄┄┄┄┄┄┄┄2224.6.主动轴结构设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄274.7.从动轴结构设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄284.8.刻度表盘的设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄29⒌标准化统计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄30⒍工作总结┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄30⒎参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3231.设计任务巩固、实践课堂讲过的知识本课程设计的任务:本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中,培养从整体上分析问题、解决问题的能力。并进一步加深对学过的知识的理解、巩固。掌握正确的设计思想,通过课程设计使同学掌握仪表的设计思路。机械产品设计,一般其主要过程为:接受设计任务-拟定设计方案-设计计算-绘制装配图-绘制零件图。设计过程中需注意以下内容:1)满足使用要求、功能、可靠性及精度要求。2)注意工艺性(结构合理、简单,经济性,外观要求)熟悉有关规范、标准、手册要符合一定的规范。因此在课程设计过程中要求同学学习掌握查阅标准及使用手册的能力设计中涉及到的零件材料、结构等,均需按照有关标准选择;零件的尺寸、公差等亦应符合相关标准;制图也符合有关标准。本次课程设计就是把学过的知识应用到机械仪表的设计中,培养同学从整体上分析问题、解决问题的能力。并进一步加深对学过的知识的理解、巩固。具体任务是,设计一个用于测量压力的弹簧管压力表,其技术要求如下:1.测量范围0~0.4Mpa2.外廓尺寸外径150mm高度55mm43.接口尺寸M201.5(普通螺纹、外径20、螺距1.5)4.标尺特性等分刻度(满程0.4Mpa)标度角270分度数3.375分度值0.005Mpa分度数80表盘分度示意图如下图所示5.精度1.5级压力表测量允许误差1.5级表测量允许误差为:在测量范围内任一压力处测量值与标准值(标准表的示值)之差小于满幅压力pmax1.5%。即仪表允许误差为=0.4Mpa1.5%=0.006Mpa2.方案论证2.1.结构分析5弹簧管结构简图如下:压力表概述:弹簧管压力表是一种用来测量气体压力的仪表。压力表的组成:灵敏元件传动放大机构示数装置辅助装置1、灵敏元件(弹簧管):将不便于直接测量的物理转化成易于直接比较的物理量。本设计将弹簧管作为灵敏元件,将不易比较的压力转化成易于测量的位移。弹簧管原理如图所示,从管子中截取中心角为d的一小段。通入压力p后,管截面力图O灵敏部分-弹簧管p传动放大-齿轮传动传动放大---曲柄滑块机构6变圆,中性层x-x以外各层被拉伸(如efe’f’),以内各层被压缩(如kik’i’)。材料产生弹性恢复力矩,力图恢复各层原来长度,从而迫使截面产生旋转角d子中心角减小,曲率半径增大。若管子一端固定,自由端便产生位移,直至弹性平衡为止。弹簧管的外形图如下:2、传动放大机构(曲柄滑块、齿轮机构):本设计有曲柄滑块机构和齿轮机构组成,其目的是为了传递或放大位移,改变位移性质和得到等分刻度,并且应具备一定的保补偿性,同时保持线性对应关系。其放大原理分析如下图:73、示数装置(指针、刻度盘):其作用是在接受传动放大机构的位移后,这指示出带测量的数值。本设计采用指针指示标尺刻度。在进行指针的设计中要保证指针有一定的硬度,是其指数的时候能够准确可靠。外形可参考的模型如下:BeDOabD’B’sg0kO’spB0eDOEab84、辅助装置:支承超轻的轴承、轴、游丝、填装物。2.2.原理分析作为灵敏元件的弹簧管可以把气体压力转变为管末端的位移,通过曲柄滑块机构将此位移转变为曲柄的转角,然后通过齿轮机构将曲柄转角放大,带动指针偏转,从而指示压力的大小。将转角放大便于测量,可以提高测量精度。压力表工作原理框图弹簧管的压力——位移是线性关系,但弹簧管本身的工艺问题(如材料、加工等)会造成一些线性误差,弹簧管形状的不直、不均匀也会导致非线性误差。曲柄滑块机构可以补偿弹簧管的线性及非线性误差。从0~0.4Mpa调整满足满刻度精度为线性误差调整,中间部分不均匀调整为非线性误差调整。2.3.方案设计本次设计可从弹簧管的设计开始,首先根据先关经验弹簧管齿轮传动标尺示数(线性转换)(线性传动)(线性刻度)曲柄滑块机构(近似线性传动)ps9公式对弹簧管的尺寸进行初选,再根据设计要求满量程时为0.4Mpa,计算弹簧管自由端在受压时的位移。根据弹簧管自由端得总位移,结合曲柄滑块现成的设计公式,计算曲柄的长度。在进行曲柄长的计算时,要首先确定相对杆长和相对偏心距,这些参数的确定根据曲柄的偏转角进确定和选择,推荐的相对杆长和偏心距分析见后续的参数选择说明。在计算过曲柄的长度后,根据相对杆长和相对偏心距,确定初始的杆长和偏心距。在参数确定后进行齿轮传动中心距的计算,根据理论计算的数据和实际根据齿轮侯选参数进行比较,若误差小于1毫米则设计合理,若无法调整齿轮参数进行近似,则对弹簧管的相关参数进行从选,在按上述步骤进行后续的计算。在选择了合适的齿轮传动的中心距后,根据小齿轮的最少齿数要求选择合适的模数。确定模数后根据齿轮的传动的放大倍数,初选小齿轮的齿数,要满足不发生根切的条件。再根据传动比确定扇形齿轮的理论齿数。确定齿轮传动的相关齿数后,计算齿轮的半径及其他相关尺寸,之后进行轴的设计,主要是对轴经选择。接着进行轴的轴向构件固定的设计和轴的固定设计。同时设计齿轮的固定方式和曲柄的相关固定方式。⒊参数选择3.1.弹簧管参数10按照现有的弹簧产品规格,初步选定尺寸参数如下的弹簧管:毛坯外径=15mm中径R=50mm壁厚h=0.3mm中心角=252材料锡磷青铜Qsn4-3弹性模量E=2.804Mp510泊松比=0.3弹簧管截面与轴比a/b=43.2.曲柄滑块机构参数加压后,弹簧管自由端位移s,带动曲柄转过角度g-曲柄滑块机构相对杆长=4相对偏轴量=1转动范围角g=18初始位置角0=-g/2=-9终止位置角k=g/2=9附注:R弹簧管结构简图=15mmhh2a2b弹簧管结构图如:右11相对杆长和相对偏轴量均按推荐值选择。初始角和终止角的确定有右图的曲线确定,转动角的范围为保证曲柄传动机构有一定精度,选择的角度应小于20°,故选择转动范围的角为18°。3.3.齿轮参数模数m=0.2传动比i12=1227018ZZg151(即度盘的中心角)预取小齿轮齿数Z2=28扇形齿轮的理论全齿数Z1=4203.4.游丝参数外径D1=25mm内径D2=5mm其外形结果示意如下:圈数n=10材料磷青铜Qsn4-30宽厚比u=6弹性模量E=1.16×105Mpa12安全系数S=3极限应力Mpab600许用应力MpaF200安装角度2min2max摩擦系数2.0f当量摩擦系数314.0vf3.5.分度盘与指针参数分度尺寸3.375长标线长度10mm短标线长度5mm指针与短标线重合长度3mm指针末端宽度3mm指针形状楔杆形⒋参数计算4.1.弹簧管参数确定弹簧管自由端伸缩示意图如左,受力分析如下:弹簧管受到压13力p的作用,自由端开始伸缩,使滑块受切向力,同时也受到径向力,径向力与切向力的合力使滑块在导轨槽里运动,同时在连杆方向受到力,这样反作用于连杆,连杆带动曲柄运动。弹簧管外形参数的确定:(未注单位:mm)项目公式依据计算结果42h5.052短轴中径2b052.52b5.052长轴中径2a207.20052.5442a20.207短轴2B352.53.0052.522hbB5.352长轴2A507.203.0207.2022haA20.507弹簧管末端位移和集中力的确定:(未注单位:mm)项目公式依据计算结果弹簧管自由端的相对转角0123.0411104.103.050121.03.0526.2437.05010804.23.014.01124222522242222abahRbhREp0.0123(单位为1)14径向位移Sr805.0252cos1500123.0cos1Rsr0.805切向位移St290.3)252sin180252(500123.0sinRst3.290总位移S387.3290.3805.02222trsss3.387位移方向角73.13296.3805.0arctanarctantrss13.73自由端径向分力Fr513.11104.103.050552.0100690.0411526.2104.104.01422242222ahRqabpabFrr11.513(N)自由端切向分力Ft349.16104.103.050552.02.140690.0411526.2104.104.01422242222ahRqabpabFtt16.349(N)15自由端总集中力F996.19349.16513.112222trFFF19.996(N)总集中力与弹簧管中心线的夹角153.35349.16513.11arctanarctantrFF35.153°附:参考资料1P230=0.4370.121P2310690.0552.0中心角的选择通常去200°到270°合适,这里去的中心角为252°另插入端口10°到15°,自由端压扁4°到6°则实际参加变形的中心角为237°。其自由端的位移与中心角的大小之间的对应关系如下图所示:164.2.曲柄滑块机构参数确定在弹簧管压力表中,利用曲柄滑块机构,把滑块的位移S转化为曲柄滑块的角度位移。其机构运动图如下:(B点的位置为弹簧管的自由端)(未注单位:mm)项目公式依据计算结果曲柄长度r826.1019cos19cos9sin9sin387.30222222220coscossinsinkrks10.826连杆初算值l304.434826.10rl43.304偏轴距e826.101826.10re10.826r17连杆初始位置与滑块运动方向夹角1764.0419cosarcsincosarcsinlerk-0.1764°ODB82.801764.099090kODB80.82°c'923.4282.80cos304.43826.102304.43826.102222cos'2''ODBr
本文标题:精密机械设计基础课程设计--压力表-07
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